Procesy Wspomagające

Wśród termometrów kontaktowych najczęściej wybierane są termometry elektryczne wyposażone w czujniki: rezystancyjne (Resistance Temperature Detector, RTD) i termopary. W czujnikach rezystancyjnych wykorzystywana jest zależność rezystancji metalu od temperatury, w przypadku termopar zjawisko generowania siły elektromotorycznej w obwodzie z przewodów z różnych stopów metali połączonych na obu końcach, które różnią się temperaturą.
W czujnikach rezystancyjnych element pomiarowy (termoczuły) wykonany może być z takich metali, jak np. platyna, miedź oraz nikiel. Czujniki RTD wykonane z miedzi lub niklu, ze względu na ograniczoną dokładność, liniowość oraz zakres pomiarowy, są w przemyśle używane w mniej wymagających aplikacjach. W przypadku niklu charakterystyka rezystancji w funkcji temperatury jest silnie nieliniowa już powyżej +300°C. Z kolei miedź, ze względu na to, że ulega utlenieniu, nie może być używana do pomiaru temperatur większych niż +150°C. Czujniki platynowe są natomiast bardzo dokładne, mają charakterystykę liniową i powtarzalną w szerokim zakresie temperatur, najczęściej stosowane są czujniki typu Pt100 o znamionowej rezystancji 100Ω w 0°C. Czujniki RTD dostępne są w postaci drutu nawiniętego na ceramiczny rdzeń i cienkowarstwowe. Te drugie napyla się na płytkę ceramiczną, którą zabezpiecza się szklaną powłoką. Zakres pomiarowy platynowych czujników nawijanych wynosi –200°C... +850°C. Z powodu trudności z dopasowaniem współczynników rozszerzalności cieplnej Pt i podłoża zakres pomiarowy sensorów cienkowarstwowych jest nieco węższy (–200°C... +800°C).

W przypadku termopar, gdzie element termoczuły wykonany jest z dwóch różnych stopów metali, wyróżniamy termopary typów: K, J, E, T, N, R, S oraz B. Termoparę typu K stanowi para chromel-alumel. Pierwszy materiał jest stopem niklu (90%) z chromem (10%), zaś drugi niklu (95%), manganu (2%), aluminium (2%) i krzemu (1%). Czułość tych czujników wynosi około 41 µV/°C, natomiast zakres pomiarowy od –270°C do +1372°C. Można ich używać w atmosferach utleniającej i obojętnej. Nie powinny mieć kontaktu z siarką. Termoparę typu J tworzy para żelazo-konstantan (stop miedzi z niklem w proporcjach 55/45). Teoretyczny zakres pomiarowy tych sensorów to –200°C... +1200°C. W praktyce ogranicza go temperatura Curie żelaza (+770°C) i kruchość w temperaturach poniżej 0°C. Czułość termopar typu J wynosi około 50 µV/°C. Można ich używać w próżni, atmosferach redukcyjnej i obojętnej. Atmosfera utleniająca skraca ich żywotność. W temperaturach powyżej +538°C nie należy ich wystawiać na działanie siarki bez osłony. Termoparę typu R stanowi para platyna-stop platyny z rodem (13%), a S para platyna–stop platyny z zawartością rodu 10%. Zakres pomiarowy tych czujników wynosi –50°C... +1768°C, a czułość około 10 µV/°C. Łatwo je uszkodzić, dlatego wymagają ceramicznych osłon. Długie używanie w wysokich temperaturach pogarsza ich parametry, a nawet może je zniszczyć, m.in. z powodu dyfuzji rodu do przewodu z czystej platyny. Termopary typu R i S są kosztowne, dlatego są używane głównie poza górną granicą zakresów pomiarowych innych typów termopar. W przemyśle korzysta się przede wszystkim z termopar typu R, zaś S są używane głównie w laboratoriach. W termoparach typu B elementem pomiarowym jest para przewodów ze stopów platyny z rodem o zawartości tego drugiego 30% i 6%. Górna granica ich zakresu pomiarowego wynosi +1820°C, a dolna 0°C. Nie można ich używać w atmosferze redukcyjnej. W pomiarach bardzo wysokich temperatur, które przekraczają +2000°C, wykorzystywane są termopary wolframowo-renowe typu C i D. Można ich używać w atmosferze obojętnej i próżni.
Odrębną grupę stanowią bezdotykowe czujniki temperatury. Wszystkie obiekty o temperaturze powyżej zera bezwzględnego emitują promieniowanie podczerwone o natężeniu zależnym od ich temperatury. Promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekt jest skupiane przez układ optyczny pirometru czy kamery termowizyjnej. Jego soczewki są wykonywane z materiałów nieprzezroczystych dla światła widzialnego, które dobrze przepuszczają promieniowanie cieplne – przeważnie materiały półprzewodnikowe, krzem lub german. Promieniowanie pada na detektor w postaci matrycy czujników, które przetwarzają jego natężenie na sygnał elektryczny. Na tej podstawie wyznacza się temperaturę w różnych punktach. W kamerach termowizyjnych poszczególnym wartościom temperatury przypisuje się inne kolory. Tak powstaje skala. Z punktów pomiarowych tworzy się barwny obraz rozkładu temperatur badanej powierzchni (termogram). Kamera termowizyjna nie tylko więc mierzy temperaturę w punkcie, ale pozwala na porównanie temperatury sąsiednich obszarów. Ułatwia to wykrycie tych miejsc zbyt gorących albo za zimnych, będących często oznaką anomalii. Do punktowego pomiaru temperatury służą pirometry. 
Prawidłowość i dokładność pomiarów temperatury w wielu branżach wpływa na jakość, wydajność, koszty i bezpieczeństwo produkcji, czy też zapewnienie odpowiednich warunków środowiskowych w laboratoriach. Na przykład w przemyśle spożywczym albo farmaceutycznym nadmierna odchyłka temperatury może zmarnować cały wsad produktu. W branży chemicznej niekontrolowany wzrost temperatury niektórych substancji może z kolei doprowadzić nawet do wybuchu. Na to, czy pomiary będą wykonywane prawidłowo i dokładnie, ma wpływ właściwa organizacja systemu pomiarowego. Podstawową decyzją, którą należy w tym zakresie podjąć, jest wybór czujnika – RTD lub termopary czy też pirometru lub kamery termowizyjnej. W przypadku dwóch pierwszych pomaga w tym zestawienie ich zalet i wad z wymogami aplikacji. Do zalet RTD zalicza się lepszą powtarzalność. Ponadto mają określony długoterminowy dryft, który w przypadku termopar trudno przewidzieć, gdyż z czasem, zwłaszcza w wysokich temperaturach, złącze pomiarowe (gorące) niszczeje. RTD dzięki temu można rzadziej kalibrować. Charakteryzują je też większa czułość i liniowość. W zestawie z przetwornikiem o odpowiedniej rozdzielczości są dokładniejsze od termopar. Na precyzję tych ostatnich duży wpływ ma także przetwornik, zwłaszcza dokładność, z jaką mierzy temperaturę drugiego (zimnego) złącza (Cold Junction Compensation). Jeśli wymagana jest dokładność lepsza niż ±2°C, RTD są zwykle najlepszym wyborem. Jeżeli maksymalna temperatura do zmierzenia jest większa niż +850°C, można użyć tylko termopar. Te z grubszymi przewodami są odporniejsze na wibracje, choć RTD w odpowiedniej osłonie też sprawdzą się w takich warunkach. Termopary są tańsze. Jeśli jednak uwzględni się różne koszty dodatkowe, jak wydatki na przewody kompensacyjne (rozszerzające) i częste kalibracje, oszczędność ta może się okazać pozorna. Czas reakcji termopar na zmianę temperatury jest krótszy niż RTD. Dotyczy to jednak tylko termopar bez osłon. Inaczej szybkość reakcji czujników obu typów jest porównywalna. Oddzielnie należy natomiast podejść do czujników bezdotykowych. Ich dokładność zazwyczaj jest dużo, dużo gorsza i w dużej mierze zależy też od jakości ich wykonania, czyli też i od ceny. Stosuje się je tam, gdzie nie jest konieczna duża dokładność pomiaru lub też nie da się zmierzyć temperatury w inny sposób. Mogą też stanowić uzupełnienie układów pomiarowych, np. w przypadku kamer termowizyjnych, gdzie mogą mieć za zadanie określenie miejsca, w którym należy dokonać dokładniejszych pomiarów.